KR200168089Y1 - A reaction gas analysis ststem for fermentation tube - Google Patents

Abstract

본 고안은 발효기의 반응가스로부터 산소 및 이산화탄소의 함유량을 분석하기 위한 발효기의 반응 가스 분석 시스템에 관한 것이다. 미생물의 발효 및 동식물의 배양 그리고 화학 반응 등이 이루어지는 발효기내에서 발생되는 반응 가스를 분석하기 위한 시스템은 발효기와 연결되어 발효기내에서 발생되는 반응가스가 플로우되는 적어도 하나의 샘플링 라인과, 샘플링 라인으로부터 공급받은 반응 가스의 산소량 및 이산화탄소량을 측정하기 위한 측정 수단과, 샘플링 라인상에 설치되고 발효기의 반응 용액이 샘플링 라인을 통해 측정 수단으로 유입되는 것을 차단하기 위한 차단 수단과, 차단 수단의 후단에 설치되어 반응 가스의 흐름을 제어하는 제 1 밸브와, 제 1 밸브와 반응 용액 차단 수단 사이에 설치되어 제 1 밸브가 닫히면 반응 가스가 외부로 배기되고, 제 1 밸브가 오픈 된 상태에서 차단 수단에 의해서 샘플링 라인이 차단되면 외부 공기가 측정 수단으로 공급되도록 하는 3포트 밸브 및, 측정 수단으로부터 입력되는 데이터를 분석 처리하고, 밸브들을 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a reaction gas analysis system of a fermenter for analyzing the content of oxygen and carbon dioxide from the reaction gas of the fermentor. A system for analyzing a reaction gas generated in a fermenter in which fermentation of microorganisms, animals and plants, and chemical reactions is performed is performed by connecting at least one sampling line through which the reaction gas generated in the fermenter flows, and from the sampling line. Measuring means for measuring the amount of oxygen and carbon dioxide of the supplied reaction gas, a blocking means installed on the sampling line and blocking the reaction solution of the fermentor from flowing into the measuring means through the sampling line, and at the rear end of the blocking means. And a first valve for controlling the flow of the reaction gas and between the first valve and the reaction solution shutoff means, and when the first valve is closed, the reaction gas is exhausted to the outside, and the shutoff means in the state where the first valve is opened. 3 to ensure that outside air is supplied to the measuring means when the sampling line is blocked by And a control unit for analyzing and processing the data inputted from the port valve and the measuring means.

Description

발효기의 반응 가스 분석 시스템{A REACTION GAS ANALYSIS STSTEM FOR FERMENTATION TUBE}Reaction gas analysis system of fermenter {A REACTION GAS ANALYSIS STSTEM FOR FERMENTATION TUBE}

본 고안은 발효기의 반응가스로부터 산소 및 이산화탄소의 함유량을 분석하기 위한 발효기의 반응 가스 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a reaction gas analysis system of a fermenter for analyzing the content of oxygen and carbon dioxide from the reaction gas of the fermentor.

바이오매스(biomass), 대사 산물, 배양체의 물리적, 생화학적 특성 등을 고찰하기 위해서는 발효된 미생물 또는 배양된 동, 식물의 세포를 샘플링하여 측정 및 분석하여야 한다. 특히, 미생물의 발효 또는 동, 식물의 세포 배양 등의 업무에 종사하는 사람들은 연구 업무의 효율적인 수행을 위하여 다양한 조건하에서 발효된 미생물 또는 배양된 동, 식물의 표본 시료를 확보하는 것이 필수적이다.In order to examine biomass, metabolites, and the physical and biochemical characteristics of cultures, cells of fermented microorganisms or cultured copper and plants should be sampled and measured and analyzed. In particular, those who are engaged in the fermentation of microorganisms or copper, plant cell culture, etc. It is essential to obtain a sample of microorganisms or cultured copper, plants fermented under a variety of conditions for the efficient performance of research work.

그러나, 미생물의 발효 또는 동, 식물의 배양 작업은 짧게는 1주일에서 길게는 3개월이라는 장기간에 걸쳐 진행되고, 또한 발효 및 배양이 진행됨에 따라 발효 및 배양이 이루어지는 발효기내의 용존 산소의 농도, 배지의 산도, 이산화탄소의 발생량 등의 환경조건이 변화하게 된다. 이러한 발효기내의 산소 및 이산화탄소의 양을 실시간으로 연속 측정하여 주는 장치가 반응 가스 분석 시스템이다.However, the fermentation of microorganisms, or copper and plant cultivation is carried out over a long period of time ranging from one week to three months, and the concentration of dissolved oxygen in the fermenter and the medium in which fermentation and cultivation takes place as the fermentation and cultivation proceed. Environmental conditions such as acidity and carbon dioxide generation amount change. A device for continuously measuring the amount of oxygen and carbon dioxide in such a fermenter in real time is a reaction gas analysis system.

상기 발효기의 반응 가스 분석 시스템에서는 상기 반응 가스의 분석 결과를 상기 발효기의 공정 조건을 제어하는 장치로 제공하며, 상기 장치는 그 분석 결과에 따라 상기 발효기 내의 공정 조건의 최적화 및 최적 조건의 유지시키게 되는 것이다.The reaction gas analysis system of the fermenter provides an analysis result of the reaction gas to a device for controlling the process conditions of the fermenter, and the device is to optimize the process conditions in the fermenter and maintain optimal conditions according to the analysis results. will be.

그러나, 기존의 발효기 반응 가스 분석 시스템은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 발효공정의 특성상 발효기 내에서 거품이 발생하여 발효기 내의 압력을 상승시키며 이로 인해 반응 용액이 반응 가스 배출라인으로 유입된다. 이렇게 상기 반응 가스 배출라인을 따라 흘러가는 반응 용액은 산소/이산화탄소 분석기로 유입되어 분석기의 센서를 오염시키는 주요 원인이 되어 왔다. 이와 같이 반응 용액에 의해 오염된 센서는 반응 가스내의 산소/이산화탄소 함유량 측정이 불가능하게 되는 문제점이 발생된다.However, the existing fermenter reaction gas analysis system has the following problems. Due to the nature of the fermentation process, bubbles are generated in the fermenter to increase the pressure in the fermenter, which causes the reaction solution to flow into the reaction gas discharge line. The reaction solution flowing along the reaction gas discharge line is introduced into the oxygen / carbon dioxide analyzer has been a major cause of contamination of the sensor of the analyzer. The sensor contaminated by the reaction solution as described above has a problem in that it is impossible to measure the oxygen / carbon dioxide content in the reaction gas.

한편, 상기 발효기 반응 가스 분석 시스템을 장시간 사용하다 보면 상기 센서의 장시간 분석으로 인한 오차가 발생하게 된다. 따라서, 상기 센서의 정확도를 일정하게 유지하기 위해서는 정기적인 교정 작업이 요구된다. 그러나 기존 발효기 반응 가스 분석 시스템에서는 교정을 작업자가 수동으로 작업했다. 따라서, 수작업으로 이루어지는 교정 작업은 생물공정 자동화 시스템에 걸림돌이 되고 있다.On the other hand, when the fermenter reaction gas analysis system is used for a long time, an error occurs due to the long time analysis of the sensor. Therefore, regular calibration is required to keep the accuracy of the sensor constant. However, in the existing fermenter reactant gas analysis system, the calibration was performed manually by the operator. Therefore, manual calibration is a hindrance to bioprocess automation systems.

대부분의 발효 실험실은 복수의 발효기를 동시에 운용하는 경우가 많다. 그러나 기존 발효기 반응 가스 분석 시스템은 외부 연결용 아날로그 출력채널을 산소/이산화탄소 각 1개의 채널만 제공하고 있기 때문에, 기존의 발효기 반응 가스 분석 시스템에서 복수의 발효기를 연결하여 운용하기 위해서는 별도의 모니터링 장치를 제작하여 연결 사용해야하는 문제점이 있다.Most fermentation laboratories often operate multiple fermentors simultaneously. However, since the existing fermenter reactant gas analysis system provides only one channel of oxygen / carbon dioxide for the analog output channel for external connection, a separate monitoring device is required to connect and operate a plurality of fermentors in the existing fermentor reaction gas analysis system. There is a problem that must be used to make connections.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 반응 가스의 산소/이산화탄소 함량을 분석하는 센서가 반응 용액에 의해 오염되는 것을 차단할 수 있고, 센서의 교정 작업이 정확하고 편리하게 이루어지도록 한 새로운 형태의 발효기의 반응 가스 분석 시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the object of which is to prevent the sensor to analyze the oxygen / carbon dioxide content of the reaction gas is contaminated by the reaction solution, and the calibration operation of the sensor is made accurately and conveniently To provide a new type of fermenter reactant gas analysis system.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 반응 가스 분석 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a reactive gas analysis system according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Explanation of symbols on the main parts of the drawing *

12 : 발효기 14 : 샘플링 라인12 fermenter 14 sampling line

20 : 차단 수단 22 : 삼각 플라스크20: blocking means 22: Erlenmeyer flask

24 : 필터 30 : 3 포트 밸브24: filter 30: 3 port valve

40 : 제 1 밸브 52 : 버퍼40: first valve 52: buffer

54 : 펌핑 장치 60 : 측정 수단54 pumping device 60 measuring means

62 : O2 센서 64 : CO2 센서62: O2 sensor 64: CO2 sensor

70 : 제어부 92 : 제 1 교정 라인70: control unit 92: first calibration line

96 : 제 2 교정 라인96: second calibration line

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 미생물의 발효 및 동식물의 배양 그리고 화학 반응 등이 이루어지는 발효기내에서 발생되는 반응 가스를 분석하기 위한 시스템은 발효기와 연결되어 상기 발효기내에서 발생되는 반응가스가 플로우되는 적어도 하나의 샘플링 라인과; 상기 샘플링 라인으로부터 공급받은 상기 반응 가스의 산소량 및 이산화탄소량을 측정하기 위한 측정 수단과; 상기 샘플링 라인상에 설치되고 상기 발효기의 반응 용액이 상기 샘플링 라인을 통해 상기 측정 수단으로 유입되는 것을 차단하기 위한 차단 수단과; 상기 차단 수단의 후단에 설치되어 상기 반응 가스의 흐름을 제어하는 제 1 밸브와; 상기 제 1 밸브와 상기 반응 용액 차단 수단 사이에 설치되어 상기 제 1 밸브가 닫히면 상기 반응 가스가 외부로 배기되고, 상기 제 1 밸브가 오픈 된 상태에서 상기 차단 수단에 의해서 상기 샘플링 라인이 차단되면 외부 공기가 상기 측정 수단으로 공급되도록 하는 3포트 밸브 및; 상기 측정 수단으로부터 입력되는 데이터를 분석 처리하고, 상기 밸브들을 제어하는 제어부를 구비한다.According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the system for analyzing the reaction gas generated in the fermenter in which the fermentation of microorganisms, cultivation of plants and animals, chemical reactions, etc. is connected to the fermentor in the fermenter At least one sampling line through which the generated reaction gas flows; Measuring means for measuring the amount of oxygen and carbon dioxide of the reaction gas supplied from the sampling line; Blocking means installed on the sampling line and blocking the reaction solution of the fermentor from entering the measuring means through the sampling line; A first valve installed at a rear end of the blocking means to control the flow of the reaction gas; Installed between the first valve and the reaction solution blocking means, when the first valve is closed, the reaction gas is exhausted to the outside, and when the sampling line is blocked by the blocking means while the first valve is open, A three-port valve for supplying air to the measuring means; And a control unit for analyzing the data input from the measuring unit and controlling the valves.

이와 같은 시스템에서 상기 측정 수단의 교정을 위해 미리 정해진 표준 가스를 상기 측정 수단으로 공급하기 위한 적어도 하나의 교정라인과; 상기 교정 라인에 설치되고 상기 표준 가스의 흐름과 그 흐름양을 제어하기 위한 제 2 밸브, 플로미터, 레귤레이터를 더 구비한다.At least one calibration line for supplying a predetermined standard gas to said measuring means for calibration of said measuring means in such a system; And a second valve, a flow meter, and a regulator installed in the calibration line and configured to control the flow of the standard gas and the flow amount thereof.

이와 같은 시스템에서 상기 제어부는 상기 표준 가스에 의한 상기 측정 수단의 결과를 분석하여 자동으로 상기 반응 가스의 측정값을 교정할 수 있다.In such a system, the controller may automatically calibrate the measured value of the reactive gas by analyzing the result of the measuring means by the standard gas.

이와 같은 시스템에서 상기 차단 수단은 내부에 물 또는 습기제거물질이 담겨지고 상기 반응 가스와 반응 액체가 유입되면 액체와 습기를 제거하여 순수한 반응 가스만을 배출하기 위한 용기 및; 상기 반응 가스에 함유된 불순물을 제거하고, 상기 반응 용액이 유입되어 젖게 되면 흐름이 차단되는 필터로 이루어질 수 있다.In such a system, the blocking means includes a container for removing only liquid and moisture by discharging liquid and moisture when water or moisture removing material is contained therein and the reaction gas and the reaction liquid are introduced therein; The impurity contained in the reaction gas may be removed, and the flow may be made when the reaction solution is introduced and wetted.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부 도면에 의거해서 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described in detail based on an accompanying drawing.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 발효기의 반응 가스 분석 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a reaction gas analysis system of a fermenter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 고안의 실시예에 따른 반응 가스 분석 시스템은 샘플링 라인(14)들, 교정 라인들(92,96), 측정 수단(60), 차단 수단(20), 펌핑 장치(54), 버퍼(52), 제 1, 2, 3 밸브들(40,94,98), 3 포트 밸브(30) 및 제어부(70)로 이루어진다. 상기 샘플링 라인(14)의 일단에는 발효기(12)가 연결되며, 그 발효기(12)에서는 미생물의 발효 및 동식물의 배양 그리고 화학반응 등이 이루어진다. 상기 발효기(12)내에서 발생되는 반응 가스는 상기 샘플링 라인(14)으로 플로우 된다. 상기 반응 가스는 상기 샘플링 라인(14)을 통해 상기 측정 수단(60)으로 제공된다.Referring to FIG. 1, a reactive gas analysis system according to an embodiment of the present invention includes sampling lines 14, calibration lines 92 and 96, measurement means 60, shut-off means 20, and pumping device 54. ), A buffer 52, first, second, and third valves 40, 94, 98, a three-port valve 30, and a controller 70. One end of the sampling line 14 is connected to the fermentor 12, the fermenter 12 is a fermentation of microorganisms, cultivation of plants and animals and chemical reactions. The reaction gas generated in the fermentor 12 flows to the sampling line 14. The reaction gas is provided to the measuring means 60 via the sampling line 14.

상기 측정 수단(60)은 상기 산소량을 검출하는 O2 센서(62)와 이산화탄소량을 검출하는 CO2 센서(64)로 이루어지며, 상기 O2 센서(62)에는 전기화학식 CiTicel 센서가 사용된다. 그리고 상기 CO2 센서(64)에는 비 분산 적외선 방식(NDIR)의 가스 검출기인 IR21CA(EEV,영국) CO2 센서가 사용된다. 이 CO2 센서(64)는 0-30% Vol 범위의 이산화탄소를 6000PPM의 정확도로 측정할 수 있다. 상기 CO2 센서(64)는 주 검출기와 참조 검출기로 구성되어 있으며, 오프 셋 보상 및 노이즈 필터링 된 두 개의 교류신호 형태의 신호를 출력한다. 이 2개의 신호는 디지털 신호로 변환되고, 특별한 방정식에 의해 Fa값으로 산출된다. 예컨대, 상기 제어부(70)는 센서 구동회로, 디지털 신호 변환 회로, Fa 방적식 연산 프로그램을 거쳐 Fa값을 획득하고 , 그 값을 CO2 %로 읽기 위한 환산 데이터 데이블을 작성 컴퓨터 메모리에 입력/운용한다.The measuring means 60 is composed of an O2 sensor 62 for detecting the oxygen amount and a CO2 sensor 64 for detecting the amount of carbon dioxide, and an electrochemical CiTicel sensor is used for the O2 sensor 62. The CO2 sensor 64 uses an IR21CA (EEV, UK) CO2 sensor, which is a gas detector of a non-dispersive infrared type (NDIR). The CO2 sensor 64 can measure carbon dioxide in the 0-30% Vol range with an accuracy of 6000 PPM. The CO2 sensor 64 is composed of a main detector and a reference detector, and outputs two AC signals in the form of offset compensation and noise filtering. These two signals are converted into digital signals and calculated as Fa values by a special equation. For example, the control unit 70 obtains the Fa value through the sensor driving circuit, the digital signal conversion circuit, and the Fa drip calculation program, and inputs / operates the converted data table for reading the value as CO2% to the created computer memory.

한편, 상기 샘플링 라인(14)에는 차단 수단(20), 3포트 밸브(30) 그리고 제 1 밸브(40)가 순차적으로 설치된다. 상기 차단 수단(20)은 상기 발효기(12)로부터 반응 가스와 함께 반응 용액이 상기 샘플링 라인(14)을 통해 상기 측정 수단(60)으로 유입되는 것을 차단하기 위한 것으로, 그 구성을 살펴보면 내부에 물이 담겨진 삼각 플라스크(22)와 필터(24)로 이루어진다. 상기 반응 용액(12a)은 발효 공정 중에 상기 발효기내에 거품이 발생하여 내부 압력이 상승되면 상기 샘플링 라인(14)으로 상기 반응 가스와 함께 플로우 된다. 이렇게 상기 샘플링 라인(14)으로 플로우되는 상기 반응 용액(12a)은 상기 삼각 플라스크(22)를 거치면서 걸러지고 상기 필터(24)에 의해 차단된다.Meanwhile, the shutoff means 20, the three port valve 30, and the first valve 40 are sequentially installed in the sampling line 14. The blocking means 20 is to block the reaction solution from the fermenter 12 with the reaction gas from flowing into the measuring means 60 through the sampling line 14. The enclosed Erlenmeyer flask 22 and the filter 24 are formed. The reaction solution 12a flows together with the reaction gas to the sampling line 14 when bubbles are generated in the fermenter during the fermentation process and the internal pressure is increased. The reaction solution 12a flowing into the sampling line 14 is thus filtered through the Erlenmeyer flask 22 and blocked by the filter 24.

좀 더 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 반응 가스와 반응 용액은 자체 압력으로 상기 샘플링 라인(14)을 통해 상기 삼각 플라스크(22)로 유입된다. 한편, 그 유입구(22a)는 상기 삼각 플라스크(22)에 담겨진 물속에 위치되어 있기 때문에 상기 기체상태의 반응 가스만 배출구(22b)를 통해 플로우되고 상기 반응 용액(12a)은 상기 삼각 플라스크(22)에 남겨지게 된다. 예컨대, 상기 삼각 플라스크(14)에는 물 대신 상기 반응 가스에 포함된 습기 및 상기 반응 용액을 흡수하기 위한 통상의 습기제거물질이 담겨질 수 있다. 상기 삼각 플라스크(22)에서 거르지 못한 반응 용액은 상기 필터(24)에 의해 플로우가 차단된다. 상기 필터(24)는 기공이 0.5um로 매우 미세하기 때문에 액체에 노출되어 젖게되면 상기 기공이 막히게 되고, 결과적으로 상기 샘플링 라인(14)의 통로가 차단된다. 이런 상태에서 반응 가스의 측정을 위해 상기 제 1 밸브(40)가 오픈되면 상기 3 포트 밸브(30)를 통하여 외부 공기가 유입된다. 이렇게 유입된 외부 공기에 의해 상기 O2/CO2 센서(62,64)의 측정값이 급격히 변화되게 된다. 이러한 급격히 변화된 측정값이 제어부(70)에 입력되면, 상기 제어부(70)는 알람 또는 경고램프(미도시됨)를 동작시켜 상기 샘플링 라인(14)으로 유입된 반응 용액에 의한 공정 에러를 작업자에게 신속하게 알릴 수 있다. 뿐만 아니라, 외부 모니터링 장치를 통하여 급격히 변화된 측정값을 감시하여 알람 출력할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 1, the reaction gas and the reaction solution flow into the Erlenmeyer flask 22 through the sampling line 14 at their own pressure. On the other hand, since the inlet 22a is located in the water contained in the Erlenmeyer flask 22, only the gaseous reaction gas flows through the outlet 22b, and the reaction solution 12a is the Erlenmeyer flask 22. Will be left. For example, the Erlenmeyer flask 14 may contain moisture contained in the reaction gas instead of water, and a conventional moisture removing material for absorbing the reaction solution. The reaction solution that was not filtered in the Erlenmeyer flask 22 is blocked by the filter 24. The filter 24 has a very fine porosity of 0.5 μm, so when exposed to liquid and wetted, the pores become blocked, and as a result, the passage of the sampling line 14 is blocked. In this state, when the first valve 40 is opened to measure the reaction gas, external air flows through the three-port valve 30. As a result, the measured values of the O 2 / CO 2 sensors 62 and 64 are drastically changed by the introduced external air. When such a rapidly changed measurement value is input to the control unit 70, the control unit 70 operates an alarm or warning lamp (not shown) to inform the operator of a process error due to the reaction solution introduced into the sampling line 14. Can be informed quickly. In addition, an alarm can be output by monitoring a rapidly changed measurement value through an external monitoring device.

상기 반응 용액은 상기 측정 수단(60)으로 유입시 상기 측정 수단의 02/CO2 측정센서(62,64)를 오염시켜 정상적인 측정을 불가능하게 만드는 주원인이 된다. 따라서, 본 고안의 시스템에서 상기 차단 수단(20)은 상기 측정 수단(60)의 센서들을 반응 용액으로부터 보호하는 매우 중요한 역할을 하는 구성이다.When the reaction solution flows into the measuring means 60, the main cause of contamination of the 02 / CO2 measuring sensors 62 and 64 of the measuring means is impossible. Therefore, the blocking means 20 in the system of the present invention is a configuration that plays a very important role in protecting the sensors of the measuring means 60 from the reaction solution.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 밸브(40)가 클로즈 된 평상시에 상기 반응 가스는 상기 3 포트 밸브(30)를 통해 외부로 배기된다. 그리고 상기 제 1 밸브(40)가 오픈된 측정 시에는 상기 측정 수단(60)으로 플로우된다. 이때, 상기 발효기(12)로부터 상기 샘플링 라인(14)으로 플로우되는 반응 가스의 양은 상기 측정 수단(60)에서 받아들이는 양보다 많은 것이 바람직하다. 그렇지 않을 경우에는 상기 3 포트 밸브(30)로부터 외부 공기가 상기 측정 수단(60)으로 유입되어 상기 측정 수단의 측정값의 신뢰도를 저하시킨다. 상기 측정 수단(60)으로 플로우되는 반응 가스의 양은 펌핑 장치(54)와 측정 수단(60) 사이에 설치된 플로미터(56)에 의해 조절된다. 예를 들어, 상기 발효기(12)로부터 샘플링 라인(14)으로 플로우되는 반응 가스의 양이 0.9ml일 경우 상기 측정 수단(60)으로는 0.4에서 0.7ml 정도의 반응 가스가 플로우되는 것이 바람직하다. 이처럼, 반응 가스는 일정하게 상기 측정 수단(60)으로 플로우된다. 그리고, 나머지 반응 가스는 상기 3 포트 밸브(30)를 통해 외부로 배기되는 것이다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the reaction gas is exhausted to the outside through the three-port valve 30 at the time when the first valve 40 is normally closed. When the first valve 40 is opened, the measurement flows to the measuring means 60. At this time, the amount of the reaction gas flowing from the fermenter 12 to the sampling line 14 is preferably larger than the amount accepted by the measuring means 60. Otherwise, outside air flows into the measuring means 60 from the three-port valve 30 to lower the reliability of the measured value of the measuring means. The amount of reactant gas flowing into the measuring means 60 is controlled by a flow meter 56 provided between the pumping device 54 and the measuring means 60. For example, when the amount of the reaction gas flowing from the fermenter 12 to the sampling line 14 is 0.9 ml, it is preferable that the reaction gas of about 0.4 to 0.7 ml flows into the measuring means 60. In this way, the reaction gas is constantly flowed into the measuring means 60. Then, the remaining reaction gas is exhausted to the outside through the three-port valve (30).

상기 제어부(70)는 상기 센서들(62,64)로부터 산소량 및 이산화탄소량 등의 환경 제어 변수들을 아날로그 신호로 입력받는다. 이때, 상기 아날로그 신호들은 아날로그 입력 신호 변환부(72)에 의해 전류-저압 변환되고, 다시 아날로그/디지털 신호 변환부(74)를 거쳐 디지털 신호로 변환된다. 상기 제어부(70)는 이와 같은 환경 제어 변수에 관련된 데이터를 항상 감시하고 사용자의 프로그램 데이터와 연계한 처리 연산을 수행한다. 한편, 상기 제어부(70)에는 시스템 상태, 교정 모드(MODF), 스캔 주기, O2/CO2 결과 등을 표시하기 위한 LCD 패널과 파라미터를 입력하기 위한 키들, 그리고 외부의 개인용 컴퓨터, 출력 장치의 연결을 위한 직렬 통신 포트(RS232;76)를 구비한다. 상기 제어부는 각 채널의 O2/CO2 데이터를 외부 컴퓨터 시스템의 모니터링 장치에 연결하기 위한 0-5V의 아날로그 출력을 제공할 수 있다.The controller 70 receives environmental control variables such as oxygen and carbon dioxide from the sensors 62 and 64 as analog signals. In this case, the analog signals are converted into current-low voltage by the analog input signal converter 72, and then converted into digital signals through the analog / digital signal converter 74. The controller 70 always monitors data related to such environmental control variables and performs processing operations associated with the user's program data. On the other hand, the control unit 70 is connected to the LCD panel for displaying the system status, calibration mode (MODF), scan period, O2 / CO2 results, keys for inputting parameters, and external personal computer, output device connection Serial communication port (RS232) 76; The controller may provide an analog output of 0-5V for connecting O2 / CO2 data of each channel to a monitoring device of an external computer system.

통상적으로 발효 공정은 24시간 장기 연속 공정으로 이루어짐으로 연속 사용에 의한 측정환경의 변화가 발생된다. 따라서, 본 고안의 시스템에서는 측정값의 정확도를 유지하기 위한 정기적인 교정 작업(발효 공정의 경우 약 10시간 주기)이 자동으로 진행된다. 상기 교정 주기와 교정 가스 값은 작업자가 상기 제어부(70)의 키 입력을 통하여 그 조정이 가능하며, 상기 제어부(70)는 그 교정 시간을 판독하고 이를 제어한다.In general, the fermentation process consists of a long-term continuous process for 24 hours, a change in the measurement environment by the continuous use occurs. Therefore, in the system of the present invention, a regular calibration operation (about 10 hours in the case of the fermentation process) is automatically performed to maintain the accuracy of the measured value. The calibration period and the calibration gas value can be adjusted by the operator through the key input of the control unit 70, and the control unit 70 reads and controls the calibration time.

본 고안의 반응 가스 분석 시스템에서의 상기 교정 작업은 다음과 같이 이루어진다. 먼저, 상기 제어부(70)가 교정 시간을 판독하여 교정 시간이 되면, 상기 샘플링 라인(14)들에 있는 제 1 밸브(40)들을 모두 닫고, 상기 제 1 교정 라인(92)의 제 2 밸브(94)를 오픈 시킨다. 그러면 미리 정해진 표준 가스(CO2 센서를 교정하기 위한 가스)가 상기 제 1 교정 라인(92)을 통해 상기 측정 수단(60)으로 플로우되면서 교정 작업이 이루어진다. 한편, 상기 제 1 교정 라인(92)에는 플로미터(flow meter;92a)와 레귤레이터(regulator;92b)가 설치되어 있어 상기 표준 가스의 플로우양 조절이 가능하다. 그 다음, 상기 O2 센서 교정 작업을 위해 상기 제 1 교정 라인(92)의 제 2 밸브(94)를 닫고 제 2 교정 라인(96)의 제 3 밸브(98)를 오픈 시킨다. 그러면 에어(O2 센서를 교정하기 위한 가스)가 상기 제 2 교정 라인(96)을 통해 상기 측정 수단(60)으로 플로우되면서 교정 작업이 이루어진다. 한편, 상기 제어부(70)는 상기 표준 가스 및 에어에 의한 상기 CO2/O2 센서의 측정 결과를 분석하여 자동으로 상기 반응 가스의 측정값을 교정하게 된다. 예컨대, 상기 O2 센서를 교정하기 위하여 상기 에어 대신 미리 정해진 O2가 포함된 표준 가스를 사용할 수 있다.(ex: O2: 21%, N2: 79%)The calibration operation in the reactive gas analysis system of the present invention is performed as follows. First, when the controller 70 reads the calibration time and reaches the calibration time, all of the first valves 40 in the sampling lines 14 are closed, and the second valve of the first calibration line 92 is closed. Open 94). The predetermined standard gas (gas for calibrating the CO2 sensor) is then flowed through the first calibration line 92 to the measuring means 60 to perform a calibration operation. On the other hand, a flow meter 92a and a regulator 92b are installed in the first calibration line 92 to adjust the flow amount of the standard gas. Then, the second valve 94 of the first calibration line 92 is closed and the third valve 98 of the second calibration line 96 is opened for the O2 sensor calibration operation. Air (gas for calibrating the O2 sensor) is then flowed through the second calibration line 96 to the measuring means 60 to perform a calibration operation. On the other hand, the control unit 70 automatically corrects the measured value of the reaction gas by analyzing the measurement result of the CO2 / O2 sensor by the standard gas and air. For example, a standard gas containing a predetermined O2 may be used instead of the air to calibrate the O2 sensor (ex: O2: 21%, N2: 79%).

교정에 사용되는 가스와 교정 포인트는 아래 표와 같다.The gas and calibration points used for calibration are shown in the table below.

교정용 가스Calibration gas 밸브 제어Valve control 교정 포인트Calibration point air(또는 O2 표준 가스)air (or O2 standard gas) 제 3 밸브 open3rd valve open O2: 20.9% CO2: 0% 교정O2: 20.9% CO2: 0% calibration CO2 표준 가스 (ex:CO2:10%, N2:90%)CO2 standard gas (ex: CO2: 10%, N2: 90%) 제 2 밸브 open2nd valve open O2: 0% CO2: 10% 교정O2: 0% CO2: 10% calibration

이처럼 교정 작업은 2개의 표준 가스 교정 라인을 사용하여 정확하고 편리한 교정이 이루어지도록 자동화되어 있다. 따라서, 교정 작업이 자동화된 반응 가스 분석 시스템에 의해서, 공정 제어 및 운용 체계 등을 최적화하여 플랜트 규모의 산업현장에서도 안정적이고 신뢰성 있게 작동할 수 있는 생물공정 자동화를 구축할 수 있는 것이다.This calibration is automated to ensure accurate and convenient calibration using two standard gas calibration lines. Therefore, by using a reactive gas analysis system in which calibration work is automated, bioprocess automation that can operate stably and reliably even in a plant-scale industrial site can be achieved by optimizing process control and operation systems.

이와 같이 본 고안의 반응 가스 분석 시스템은 입력된 교정 주기마다 자동으로 교정 작업이 수행됨으로 데이터의 신뢰도가 향상되는 이점이 있다.As such, the reactive gas analysis system of the present invention has the advantage that the reliability of the data is improved by automatically performing the calibration operation every input calibration cycle.

본 고안의 실시예에 따른 반응 가스 분석 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 기본적으로 5대의 발효조를 연결하여 사용할 수 있다. 작업자의 채널 설정에 의해 각 샘플링 라인(14)에 설치된 제 1 밸브(40)는 순차적으로 자동 제어된다. 상기 O2/CO2 센서(62,64)에 의해 측정된 각 발효조(12)의 측정값은 독립적이면서 단절 없는 연속 데이터로 외부 출력하기 위하여 각 채널마다 중앙처리장치를 탑재하여 별도 프로그램화 할 수 있다. 이러한 독립적 연속출력 신호는 실시간 피이드 백(Feed-Back) 제어에 직접 이용되므로 발효 고정 자동화 구현에 유용하게 사용될 수 있다.Reactive gas analysis system according to an embodiment of the present invention can be used basically connected to five fermentors as shown in FIG. By the operator's channel setting, the first valve 40 provided in each sampling line 14 is automatically controlled sequentially. Measurement values of the fermentation tanks 12 measured by the O2 / CO2 sensors 62 and 64 may be separately programmed by mounting a central processing unit for each channel to output the data as independent and disconnected continuous data. This independent continuous output signal is directly used for real-time feed-back control, which can be useful for implementing fermentation fixation automation.

본 고안의 반응 가스 분석 시스템은 상기 제어부에 자동채널 스캔 기능을 구비하여 여러 대의 발효기를 동시에 연결하여 사용할 수 있다. 예컨대, 각 채널마다 독립적인 출력 신호를 연속적으로 제공함으로서 데이터 모니터링의 호환성을 확보할 수 있다.Reactive gas analysis system of the present invention is equipped with an automatic channel scan function in the control unit can be used by connecting several fermentors at the same time. For example, compatibility of data monitoring can be ensured by continuously providing independent output signals for each channel.

이상에서, 본 고안에 따른 반응 가스 분석 시스템의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the reaction gas analysis system according to the present invention is shown in accordance with the above description and drawings, but this is only an example, and various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention. Of course.

이와 같은 반응 가스 분석 시스템을 적용하면, 반응 가스의 산소/이산화탄소 함량을 분석하는 센서가 반응 용액에 의해 오염되는 것을 차단할 수 있고, 다수의 발효기를 동시에 연결하여 사용할 수 있으며, 교정 작업이 자동으로 이루어진다. 따라서, 반응 가스의 분석 작업이 정확하고 편리하게 이루어지는 효과가 있을 뿐만 아니라, 생산성을 향상시키고 작업 효율을 극대화 시켜 경제성을 확보할 수 있는 것이다. 그리고 발효 또는 생물 반응기 제작 업체와 연계하여 보다 수준 높은 생물공정 자동화 시스템 개발을 추진하여 발효 및 배양 장비의 경쟁력을 확보 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.By applying such a reaction gas analysis system, a sensor for analyzing the oxygen / carbon dioxide content of the reaction gas can be prevented from being contaminated by the reaction solution, and a plurality of fermentors can be connected and used at the same time. . Therefore, not only the analysis work of the reaction gas is accurate and convenient, but also the productivity can be improved and the work efficiency can be maximized to secure economic efficiency. In addition, it can be expected to secure the competitiveness of fermentation and cultivation equipment by promoting the development of a higher level bioprocessing automation system in connection with fermentation or bioreactor manufacturers.

Claims (3)

미생물의 발효 및 동식물의 배양 그리고 화학 반응 등이 이루어지는 발효기내에서 발생되는 반응 가스를 분석하기 위한 시스템에 있어서:In the system for analyzing the reaction gas generated in the fermenter where the fermentation of microorganisms, cultivation of plants and animals and chemical reactions: 발효기와 연결되어 상기 발효기내에서 발생되는 반응가스가 플로우되는 적어도 하나의 샘플링 라인과;At least one sampling line connected to the fermentor to which a reaction gas generated in the fermentor flows; 상기 샘플링 라인으로부터 공급받은 상기 반응 가스의 산소량 및 이산화탄소량을 측정하기 위한 측정 수단과;Measuring means for measuring the amount of oxygen and carbon dioxide of the reaction gas supplied from the sampling line; 상기 샘플링 라인상에 설치되고 상기 발효기의 반응 용액이 상기 샘플링 라인을 통해 상기 측정 수단으로 유입되는 것을 차단하기 위한 차단 수단과;Blocking means installed on the sampling line and blocking the reaction solution of the fermentor from entering the measuring means through the sampling line; 상기 차단 수단의 후단에 설치되어 상기 반응 가스의 흐름을 제어하는 제 1 밸브와;A first valve installed at a rear end of the blocking means to control the flow of the reaction gas; 상기 제 1 밸브와 상기 반응 용액 차단 수단 사이에 설치되어 상기 제 1 밸브가 닫히면 상기 반응 가스가 외부로 배기되고, 상기 제 1 밸브가 오픈 된 상태에서 상기 차단 수단에 의해서 상기 샘플링 라인이 차단되면 외부 공기가 상기 측정 수단으로 공급되도록 하는 3포트 밸브 및;Installed between the first valve and the reaction solution blocking means, when the first valve is closed, the reaction gas is exhausted to the outside, and when the sampling line is blocked by the blocking means while the first valve is open, A three-port valve for supplying air to the measuring means; 상기 측정 수단으로부터 입력되는 데이터를 분석 처리하고, 상기 밸브들을 제어하는 제어부를 포함하여,And a controller for analyzing and processing data input from the measuring means, and controlling the valves. 반응 액체에 의해 측정 수단이 오염되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 발효기의 반응 가스 분석 시스템.Reactive gas analysis system of a fermenter, characterized in that it is possible to prevent contamination of the measuring means by the reaction liquid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 측정 수단의 교정을 위해 미리 정해진 표준 가스를 상기 측정 수단으로 공급하기 위한 적어도 하나의 교정라인과;At least one calibration line for supplying a predetermined standard gas to the measuring means for calibration of the measuring means; 상기 교정 라인에 설치되고 상기 표준 가스의 흐름과 그 흐름양을 제어하기 위한 제 2 밸브, 플로미터, 레귤레이터를 더 포함하고,A second valve, a flow meter, and a regulator installed on the calibration line and configured to control the flow of the standard gas and the flow amount thereof; 상기 제어부는 상기 표준 가스에 의한 상기 측정 수단의 결과를 분석하여 자동으로 상기 반응 가스의 측정값을 교정하는 것을 특징으로 하는 발효기의 반응 가스 분석 시스템.The control unit analyzes the result of the measuring means by the standard gas to automatically correct the measured value of the reaction gas, the reaction gas analysis system of the fermenter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 차단 수단은The blocking means 내부에 물 또는 습기제거물질이 담겨지고 상기 반응 가스와 반응 액체가 유입되면 액체와 습기를 제거하여 순수한 반응 가스만을 배출하기 위한 용기 및;A container for discharging liquid and moisture to discharge only pure reactive gas when water or moisture removing material is contained therein and the reaction gas and the reaction liquid are introduced therein; 상기 반응 가스에 함유된 불순물을 제거하고, 상기 반응 용액이 유입되어 젖게 되면 흐름이 차단되는 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발효기의 반응 가스 분석 시스템.The reaction gas analysis system of the fermenter, characterized in that the removal of impurities contained in the reaction gas, the flow is blocked when the reaction solution is introduced and wet.